机械制造专业 汽车球笼式等速万向节设计和实现

1、汽车球笼式等速万向节设计摘要速度驱动轴对于轿车来说是一个非常关键的部位。它直接关系到汽车的稳定性及力的传动性能。等速驱动轴的结构强度直接影响到它的性能与寿命，为实现综合的最佳标准化效果，需进行系列化设计。首先确定了汽车球笼式等速万向节的结构主参数及其上、下限，列出了若干基本参数，然后选择符合汽车要求的球笼式等速万向节进行设计，进而对产品的基本参数进行系列化设计，并阐述了产品系列化设计的作用。其主要研究工作如下：本文以国内的某种汽车作为研究对象，为这种型号的轿车选取前置的驱动球笼式等速万向节，选取的万向节在性能方面满足轿车的使用寿命要求，在结构上满足强度刚度性能。并对其基本参数加以设计和改进，再运用CATIA软件与ADAMS软件联合仿真分析对本文所设计的球笼式等速万向节传动轴运动学与动力学分析，检验了该球笼式等速万向节传动轴结构设计的正确性，并验证了结构设计的合理性，并有助于改进产品。关键词：球笼式等速万向节；参数化设计；动力学分析AbstractThe speed drive shaft is a key part of the car. It is directly related

2、to the stability of the vehicle and force transmission performance. Constant speed of the drive shaft structure strength directly affect its performance and life, and the intensity of the constant speed drive shaft structure depends on the transmission parts in the process of the internal contact stress distribution, size, however the traditional test method cannot determine the contact stress of complex structure, so that by finite element numerical method to accurately simulate the transmissio

3、n process is particularly important, also is the main method of design and development process. In this paper, on the basis of related literature at home and abroad are reviewed. The research of ball cage patterned constant speed universal joint as the research object, to parametric design of products, is currently widely used two kinds of raceway cross section of universal joint kinematics and dynamics, the respect such as the static contact stress was studied, and the race of universal joint i

4、s optimized to improve. The research work is as follows:Based on a domestic manufacturer before the engine front drive car constant speed drive shaft of ball cage patterned constant speed universal joint as the research object, using 3 d reconstruction technology, using three coordinate measuring machine parts size precise scanned into the computer, then using CATIA software combining ADAMS software and the simulation analysis of this paper, the design of ball cage patterned constant speed unive

5、rsal joint shaft kinematics and dynamics analysis, validate the correctness of ball cage patterned constant speed universal joint drive shaft structure design; Virtual prototype technology was used to analyze the performance of the constant velocity universal joint drive shaft.Key words：Ball cage type constant velocity universal joint; Parametric design; Dynamic analysis目录摘要2Abstract3第1章绪 论61.1研究背景及课题来源61.2等速万向节简介81.3球笼式等速万向节简介101.4国内外等速万向节的发展和研究概况111.5论文研究的主要内容14第2章 球笼式等速万向节的设计152.1 引言152.2 汽车等

6、速万向节结构尺寸参数的确定152.2.1基于帕姆格伦-迈因纳原理的万向节使用寿命估算152.2.2 汽车等速万向节使用寿命计算实例162.2.3 RF95万向节基本尺寸参数的确定182.3 本章小结22第3章 RF95万向节模型建立233.1 CAD参数化设计233.2 参数化建模技术243.3 等速万向节三维参数化模型的建立253.3.1 RF95万向节各组件的结构参数化建模253.3.2 RF95万向节各组件的装配263.4 本章小结26第4章 球笼式等速万向节动力学分析274.1 引言274.2 建立模型274.2.1 三维模型的建立274.2.2 力学模型的建立274.3 仿真技术与分析304.3.1 等速性分析304.3.2 沟道压力分析314.4 本章小结31第5章 研究总结与展望335.1 研究总结335.2 展望33参考文献35第1章 绪 论1.1研究背景及课题来源目前的汽车让人类出行变得非常便利，所以自从汽车发展起来之后，对于汽车的研究一直在持续。为了提升汽车的各种性能，各国的学者都从汽车的各种零部件入手，通过研发更加高性能的零部件，力求延长汽车的使用寿命、提高汽车的

7、稳定性、加快汽车的启动速度以及增强汽车的灵敏性等各种方面的性能。所以汽车的很多技术都越来越受到科学家的关注，并积极自主研发更好的零部件，为汽车工业的发展做出了非常长远的贡献。汽车的发动机和四个车轮链接并进行力的传动就要用到万向节，所以汽车的等速万向节关系到汽车的传动性能，以及稳定性扮演者非常重要的一个角色1。而随着科技的不断更行，以及人类对于汽车的追求不再仅仅是满足传动的性能，而是不断追求汽车的更高的稳定性、舒适性、灵敏性等一系列的高追求。那么等速万向节就要具有更加高的性能要求，而不是仅仅为了力的传输，以及方向改变要求2。高速发展的汽车工业，使得汽车的前置驱动（FF）以及四轮驱动（4WD）相继问世，在这两种不同类型的汽车驱动方面，万向节就要起到关键性的作用，正是等速万向节的发展才能促使这两种类型的汽车产生，而且也推动了前置驱动和四轮驱动汽车的发展。等速万向节将发动机输出的力传输到汽车的车轮，并实现改变方向的作用，在实现这两个作用的同时，还能够保持相同的角速度输出，将动力重发动机的减速器传递到汽车的车轮当中。在四轮驱动的汽车当中，等速万向节可以将发动机的力减速主传动轴的力传输到前轮轴和后

8、轮轴，实现前后两轮的相同的角速度，拥有相同的输出转速，提高汽车的稳定性能。而前置驱动汽车的万向节是通过将主传动轴的力矩，通过转向并输出相同的角速度，为前置驱动的汽车前轮轴提供动力。这种传动方式甚至可以实现轴线不在同一直线上的动力及角速度的传动，这种动力传动特征可以通过具体的图形来显示，如图1-1所示。图1-1 等速万向节在汽车上的应用在如今的等速万向节和最初的等速万向节已经有了非常大的差异性，现在的等速万向节已经分为了很多个部件，等速万向节的总的结构不再是一个整体，而是包括了前置的减速装置和传动轴等一系列的部件，这样设计的目的就是使得汽车能够在不同的路段、不同的速度以及实现更灵活性的转向方面，等速万向节能够发挥到更好的作用，如图-2所示。而等速万向节的基本作用是力的传递，就是将发动机的输出力通过主减速器再连接等速万向节将力传递到车轮端，实现力和方向的改变，而且保持角速度不变的性质。等速万向节的转向功能就是将发动机主减速装置的相同角速度进行方向的转换，最大转换的角度可以进行偏转40左右，而在这个过程中，等速万向节就发挥了巨大的作用，相当于作为一个力的中转站，将发动机的力传输给驱动轮，并使

9、其方向发生改变。正是这两种功能使得等速万向节就需要非常高的性能要求，因为力的传输过大或者方向稍微的偏差都可以会导致汽车的颠簸性，使得汽车的稳定性功能下降。图1-2 等速万向节传动轴总成所以等速万向节在设计的时候，在各个方面都要做到非常合理，并在加工的时候都要做到非常精密加工。为了使得汽车的稳定性功能的提升，那么就要根据不同的汽车，设计它所相适应的等速万向节 3。汽车的可靠性，其实就是汽车在设计中所期望的速度、性能以及相关的一些功能，在汽车生产之后能够达到相应的标准，并能够实现基本的性能保证。在这种情况可以选着较好较为精密的零件的型号，然后进行相应的拼装，使其总体性能能够的到相应的加强，并尽可能的提高等速万向节的一些稳定性、高精密性、灵敏性的相关功能。之后再对总体拼装的等速万向节进行总的检测，进行力学实验，或者模拟分析，以达到所期望的汽车要求，提高汽车的可靠性。虽然这样的要求过程中，会相比于简单的设计更加复杂，但之后所要到的相关性能的产品，那么只需要改变相应的参数，便可以得到更加严谨，更加高效，更加可靠的产品，进而为总的汽车设计提供非常好的设计基础，并可以在后期总的装配中避免很多不必要的检测4。比如检测万向节零件中的尺寸标准，相关零件的传动性能，以及传动轴的圆跳动是否满足设计的要求等一系列的待测的环节。通过标准的零件进行组装，就可以节省很多这种检测环节中不必要的一环5。到目前为止，我国的汽车工业的发展相对于国外起步很晚，所以在研发方面很多技术都有相应的欠缺，那么在设计方面，就更应该不断的进行创兴发展，从而使我国的汽车行业达到国际标准，在汽车的使用寿命方面我国的汽车行业也存在着很大的问题6等，这里的主要原因就是我国汽车发展和起步的时间远远晚于发达国家的，而汽车更新换代的速度非常快，我们必须要深刻地认识到我国汽车工业方面与其他发达国家汽车设计国家的汽车工业存在着差距7。面对这种情况，只有进行高强度地进行汽车核心部件的研发，

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